本发明涉及无曲轴无连杆往复活塞式发动机。 传统的往复活塞式发动机都是采用曲轴连杆机构,由于这种机构运动学的不合理,在活塞的直线运动,转换曲轴旋转运动时产生的巨大往复惯性力,使机件受到很大的破坏作用。为了承受这样恶劣的冲击力,只能加大机件的尺寸,另外这种结构上的不合理,也使机器庞大复杂。
四川环球技术开发公司黎正中发明的曲柄园滑块往复活塞式内燃机,也没有脱离曲轴装置,所以也免不了有曲轴连杆机构的某些缺点。
燃汽轮机是没有曲轴连杆机构的内燃机,它的燃油消耗率高,制动困难。
旋转活塞发动机也是无曲轴无连杆的内燃机,它的致命缺点是转子园周速度不能太高,燃烧室形状不够理想,燃料消耗率较高,低速时扭矩低。
本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、效率高、扭矩大、制动性好、震动小、噪音低的无曲轴无连杆往复活塞式发动机。
该机的结构如图一,除了有传统往复活塞式发动机的进排气系统10,燃油供给系统11,润滑系统12,冷却系统13组成外,还有园周平面多个布缸的机体9,汽缸套2,活塞1'1”,滚轮3、滚针4、滚轮销5、曲线轮6、主轴7、活塞连动机构8等组成。
各主要另部件分述如下:
(1)曲线轮6,其主要作用相当于曲轴的曲颈,由20Cr钢等优质低碳钢制成,曲线轮的曲线经成型铣削加工后经渗淬火处理,再经成型磨削加工。图一中的曲线轮为余弦加速律曲线,曲线的形状可制成,园弧型、余弦加速律曲线、正弦加速律曲线(摆线导轨曲线),抛物线导轨曲线,随着加工技术的发展,也可加工成最理想的无脉动导轨曲线,它可制成4等分以上地奇数或偶数等分的曲线。
(2)滚轮副:有滚轮3、滚针4、滚轮销5组成,其作用相当于曲轴连杆机构中的连杆部分的作用,有滚珠轴承钢制成。
(3)活塞1'1”,其作用同传统活塞一样,结构上的不同处是活塞的裙部未端开有滚轮销孔,19,并有二只长方孔,20、21,按装滚轮和连接杆,如图三。
(4)连动机构8:见原理图二,其功能是保证两只活塞的连动,否则,该机就不能工作;另外也起到了限止活塞在汽缸中转动,防止滚轮和曲线轮顶死,它有两只活塞1'1”,两根连接杆14'14”,滚轮销5'5”,滑块15,滑块销16、滑道17组成。
(5)主轴7,其作用是输出扭矩,它同曲线轮采用键联接。
该机工作原理简述如下:如图一所示,以园周8等分布缸为例,活塞1'处在压缩终点,活塞1”处在排气终点,假设活塞绕主轴旋转(实际主轴旋转)。
(1)活塞1'从0°-22°30'完成作功行程;活塞1”从45°-67°30'在连动机构的带动下向心移动,完成进气行程。
(2)在惯性力的作用下,曲线轮推动滚轮,带动活塞离心移动,活塞1'从22°30'-45°完成排气行程,活塞1”从67°30'-90°完成压缩行程。在此过程中,由于联动机构的制约限止了活塞1'的行程,防止冲顶汽缸头。
(3)活塞1”在90°-112°30'完成作功行程,同样活塞1'在连动机构的带动下从45°-67°30'向心移动,完成进气行程。
(4)同样在惯性力的作用下,曲线轮推动滚轮,带动活塞离心方向移动,活塞1'从67°30'-90°完成压缩行程,活塞1”从112°30'-135°完成排气行程。这样,周而复始,该发动机就正常运转工作。
为了起动方便,该机设计了两种起动方法:
(1)用压缩空气(柴油机)或压缩燃汽(汽油机)起动。
(2)在滑道17内增设弹簧,使滑块15得到了一个向心力,利用外力打开各进汽伐门,活塞在弹簧的作用下向心移动,完成进汽,停止外力作用,关闭进汽伐门,该发动机就起动运转。
该发动机同传统往复活塞式发动机比较有如下优点:
(1)该机采用在曲线轮同一园周平面多个布置汽缸结构,因此同一只曲线轮上受到多个活塞对其作功,这是一般曲轴连杆机构不能做到的,这样使结构更为简单紧凑。
(2)在曲线升程不增加,活塞的行程不变的情况下,加大曲线轮直径,发动机的外型尺寸稍加大,输出扭矩可得到曲线轮直径增大倍数的同比例增大。所以该机更适合制成中低速大扭矩发动机。
(3)该发动机主轴每旋转一周,各活塞的作功次数是曲线轮等分数的二分之一,以8等分曲线轮结构为例,它的作功次数是传统四冲程发动机的8倍,因此输出扭矩更趋平稳。
(4)园周等分布置汽缸结构的发动机,除驱动曲线轮旋转作功的力以外,所有的力互相平衡,从理论上可以说是无振动发动机。另外主轴承的受力情况极佳,提高了轴承的寿命。
(5)该机变传统曲轴连杆机构的滑动摩擦,为滚轮和曲线轮的滚动摩擦,减少了摩擦损失,提高了机械效率。
(6)这种发动机若安装在汽车上,在平坦的道路上行驶,可以关掉对称的两组汽缸,以节约燃料减少空气污染。运转的平稳性也不会受到影响。这是传统活塞式发动机是不能做到的。
(7)多排汽缸排列结构或错位园周布缸结构可以省去飞轮装置。曲线轮本身也起到了飞轮作用。
(8)制动性能好。
下面介绍几种汽缸排列型式:
(1)如图一,曲线轮是双数等分曲线,汽缸的布置可同曲线等分数一样等分布置,也可以双曲线轮双排汽缸结构,为了使输出扭矩更为平稳,二只曲线轮同主轴错位一个升程角联接。
(2)如图四,是8等分曲线轮结构的单排不等分汽缸布置示意图,也是为了使输出扭矩更平稳而设计的。
(3)如图五,像传统直列式V型二缸发动机,两汽缸的夹角为曲线轮的曲线等分夹角。(9)为机体,滑道17设计在机体上,(18)为油底壳,该结构也可制成直列式多缸V型发动机,各曲线轮同主轴错位联接。